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BLOG 01: SUJETS ET CORRIGES GRATUITS DE BAC S EN SCIENCES PHYSIQUES (annales, fiches et exercices)

» Xxx- (2001,2011) EXERCICES CHIMIE Les énoncés - 5 LES PILES ET ELECTROLYSES

EXO 6 BAC CHIMIE ENONCE ELECTROLYSE NaCl


22 Février 2007 Consulté 13491 fois
exercice - Terminale S - Chimie
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ENONCE

(correction:ici)

Parmi les produits chimiques les plus importants,I'hydroxyde de sodium (Na+,HO-)et Ie dichlore (Cl2) arrivent respectivement 8ème et 1Oème avec des productions mondiales de 48 Mt et 45 Mt en 2000. La plus grande partie de ces productions est assurée par l' électrolyse de solutions concentrées de chlorure de sodium (Na+,Cl- environ 310 g . L-1) : les saumures.

Plusieurs procédés sont utilisés actuellement. L'un, Ie moins polluant, tend a se développer aujourd'hui : Ie procédé avec cellule à membrane.

Anodes et cathodes sont séparées par des membranes de type Nafion ® ou Flémion ® . Une telle membrane sélective laisse passer les cations, mais pas ou peu les anions.

Schéma d'une cellule à membrane :

 

  • 1- Electrode DSA en titane inattaquable.
  • 2- Electrode en acier ou en nickel.
  • 3- Membrane en Nafion  polymère de 0,25 mm d'épaisseur.
  • 4- Compartiment alimenté en saumure concentrée à 310 g.L- 1 en chlorure de sodium.
  • 5- Compartiment alimenté en eau .
  • 6- et 7- Dégagement gazeux.

Il se forme à la cathode une solution concentrée de soude (Na;HO-) à 33 % en masse, pratiquement exempte d'ions chlorure. Une cellule est alimentée sous une tension de 3 V et traversée par un courant d'une intensité de 170 kA.

Donnéesmasses molaires en g.mol-1:(Na)=23 ; (CI)=35,5 ;  (O) =16 ; (H)=1;

Le faraday : (1 F) = 96,5.103 C. mol-1.

PARTIE A :

1.   Quelles sont I' anode et la cathode de cette cellule ?

2.   Indiquer les espèces chimiques présentes dans chaque compartiment, anodique et cathodique.

3.   Quel est Ie rôle de la membrane ?

4.   Qu'appelle-t-on saumure? Quelle est sa concentration molaire?

PARTIE B :

1. Quelles sont les réactions d'oxydoréduction qui peuvent se réaliser à I'anode? La réaction qui a lieu produit un gaz très corrosif. Quel est Ie gaz qui se dégage?

2. Quelles sont les réactions d'oxydoréduction qui peuvent se réaliser à la cathode ? La réaction qui a lieu donne un gaz très Iéger et hautement inflammable. Quel est ce gaz ?

3. Donner I'équation de la réaction correspondant à cette électrolyse. Cette transformation est-elle spontanée ou forcée ? Justifier la réponse.

4. a) Calculer la quantité de dichlore produite quotidiennement.

4. b) Calculer la masse de chlorure de sodium utilisée journellement.

4. c) Déterminer Ie volume de dihydrogène recueilli (V m = 29 L . mol - 1 dans les conditions de température et de pression).

5. Quelle est l' énergie électrique consommée quotidiennement par une telle cellule?(en kW.h ).

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